物理学史的素质教育功能.doc

物理学史的素质教育功能
Wang Zheng(王峥)
（湖北省武汉市第二十中学 邮政编码：430000）
摘要：自80年代后期“素质教育”一词出现于报刊起，社会上对素质教育的呼声越来越高，国家教委对素质教育高度重视，2000年6月第三次全国教育工作者会议颁布了《中共中央、国务院关于深化教育改革、全面推广素质教育的决定》。物理学科是一门集思想、方法、试验于一体的先导学科，在人类正确自然观、世界观、方法论的形成和发展中起着其他学科无法替代的作用。因此在物理教学中全面推广“素质教育”尤为重要。而物理学史集中体现了人类探索和逐步认识世界这一现象的特征、规律和本质的历程，充满着哲理，是素质教育的好内容，本文将就如何利用物理学史对学生进行素质教育进行初步的探讨。

关键词：物理;物理学史;素质教育;物理学家

一：什么是素质教育
“素质教育”一词最早是在80年代中后期在报刊上出现的，迄今以有10多年，它是针对过去的“应试教育”提出的。“应试教育”是一个专门的概念，有其特定的内涵，它主要指脱离社会发展于受教育者身心发展的实际需要和具体条件，以应付考试升入高一级学校为目的的所组织的教育教学活动，是一种不惜违背教育规律的，不科学的教育思想和模式。
目前由于各种因素的影响，特别是受到劳动人事制度、传统教育观念的影响，以升学为中心的“应试教育”模式在许多学校中仍有相当大的市场，学校教育特别实在课堂教学心中存在着诸多问题。诸如：重书本知识的传授、轻实践能力的培养；重学习结果、轻学习过程；重间接知识的学习、轻直接经验的获得；重教师的讲授、轻学生的探讨；重考试成绩忽视整体素质的提高。针对我国目前的现状，国家提出了“素质教育”的方针方针。2000年6月，党中央、国务院召开的第三次全国教育工作会议上明确提出“实施素质教育，就是全面贯彻党的方针，以提高国民素质为根本宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点，造就‘有理想、有道德、有文化、有纪律’的德智体美等各方面全面发展的社会主义事业着和接班人。”
“素质教育”就是这样的一种教育：“从整体上着力，于根本生着手，从长远着眼，不断加速社会文明成果在人的身心组织中内化过程，全面提高人的素质。”它是为实现教育方针规定的目标，着眼于受教育者群体和社会长远发展的要求，以面向全体学生全面提高学生的基本素质为根本目的，以注重开发受教育者的潜能，促进受教育者德、智、体诸方面全面发展为根本特征的教育模式。
二：物理学史的素质教育功能
物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特征、规律和本质的历程。任何一个具体的物理知识和理论体系都是汇集了许多人的研究成果而发展起来的，常常是几十年、甚至是上百年的努力才能迈出有意义的一步，它包含着认识论和方法论的因素，包含着探索者的艰辛与悲欢，又体现着认识过程中理论与实践、继承与突破、理性与非理性的辩证统一，是素质教育的好内容。
物理学史的素质教育功能主要体现在以下几点：
1、 培养学生的科技意识，激发学生的学习兴趣
物理学是自然科学中的一门基础学科，也是现代技术的一门奠基学科。物理学的原理是卓越物理学家研究自然，自然力规律的总结。技术科学的作用时使人们能够驾驭自然，改造自然为人类服务，因此自然科学的研究成果是人类发展科学的基础。每一次重要物理规律的发现，都带有一连串的技术发明。甚至带来新的生产技术，新的工业企业，新的工业革命。如：在近代16～17世纪，卡诺、焦耳等对热学的研究，19世纪法拉第、麦克斯韦等对电磁学的研究，导致了蒸气机、内燃机、电动机的发明，推动了欧洲、美洲……机械的、动力的、电气的、电子的一次次工业革命。物理教师上物理课时，在讲授力学、热学、电子学的内容时，可以用介绍物理学史、近代科技发展史的方式来引入教学内容，让学生认识到科技与生活动联系，使学生能具体的，形象的理解“科学技术是的一生产力”，这样也有利于培养学生的科技意识、激发学生兴趣。
2、物理学史有助于学生树立辨正唯物主义观点
（1）使学生认识到世界是物质的，物质具有无限可分性。
物理学是研究物质的基本结构和物质运动的一般科学，物理学中研究的大到宇宙，小到原子、“基本粒子”，以及电场、磁场、引力场等场性物质都充分体现了客观世界的物质性。在教学过程中必须坚持从客观物理现象和物理过程出发，以观察实验为基础的原则。一般来说，学生对于实物的客观物质性是比较好理解的，而对于物质的另一种形式——场，学生比较难以接受，这要老师在讲述时，适时地、适当地、介绍物理学史，讲述这些概念提出的历史背景和前提，以及这些概念提出后所起的作用。这样有助于学生对这一概念的理解。对于物质的可分性，教师可以给学生讲述物理学史中，质子、电子、中子等粒子发现的史实，同时也给学生讲述过去命名的“基本粒子”，今天已证明并不基本，基本粒子也是无限可分的。
（2）使学生认识到物质是运动的，运动的形式是多种多样的。
物理教学中，教师要让学生认识到物质处于永恒的运动之中，物质的运动形式是多样的，包括机械运动、热运动、电场和磁场的运动、光的波粒二象性等。物理老师资讲述这些问题时可以适当地向学生介绍一些相关的物理学史，讲述电场、磁场相互转化，运动的发现过程，波粒二象性是这样提出来得等等，这样学生对这一规律的理解和认识很有帮助的。另外在讲到运动的绝对性，静止的相对性时，老师可以给学生介绍物理学史中从亚里士多德的观点，发展到牛顿的第三定律，发展到爱因斯坦的“相对论”，这样可以让学生更深地理解这一哲理。
（3）人对自然的认识是实践、认识、再实践的过程，实践是检验真理的唯一标准。在教学中可以通过介绍物理学史来让学生认识到认得认识来源于实践。历史上正是生产的发展需要推动了物理理论的研究，而理论研究又促进了生产技术的进步和革命。如19世纪前，大生产的需要提出了对动力学研究的要求，推动了蒸气机的发明，又推动了热力学的研究和发展。卡诺分析蒸气机的工作过程，为能量守恒和转化定律奠定了基础。汤姆生和克劳休斯得出了热力学第二定律，否定了第二类永动机的可能。物理教师在讲述这一方面的内容时引入史料，可以让学生更形象的理解这些知识，而且认识到认识和实践之间的关系。另外通过对物理学史的引入，可以让学生认识，在物理学的重要研究手段，物理实验也是人的一种实践活动。例如可以给学生讲述：人对电的认识是从实验开始的，富兰克林用莱顿瓶发现了正负电，制造出了世界第一个避雷针，从伽伐电池的发明、稳恒电流动获得，到库仑定律、欧姆定律的建立，为电磁学理论研究打下了基础。因此，电磁学的发展是物理学家不断实验的结果，也体现了人类的认识来源于实践，认识又必须回到实践中去，才能得到检验和发展的真理。
（4）通过物理学史的介绍，可以让学生认识对立和统一地规律。世界上的任何事物都有矛盾，不包含矛盾的事物是没有的，矛盾的双方统一又对立。要让学生深入的理解这一哲理，老师可以引入物理学史中，光电效应、光的波粒二象性的发现，电流动磁效应、电磁感应定律的发现等等，这些事例都体现出矛盾双方的对立和统一规律。
（5）通过物理学史的介绍，可以让学生理解否定之否定规律。
事物由于内部矛盾引起的发展是螺旋式上升，波浪式前进的。物理发展过程中，经过两次否定后，出现的新事物往往有旧事物的某些特征。但这不是简单的重复，而是在更高的基础上的重复。例如：对光的认识，惠更斯提出波动说后，被牛顿的微粒说所否定。到19世纪，人们用实验证实了光的波动性的存在，并且在19世纪60年代麦克斯韦提出了光是一种电磁波。1888年赫兹用实验验证了电磁波的存在。这一过程经历了否定之否定的过程。但同样的波动说，对光的本质的理解是不一样的，惠更斯的波动说认为光是机械波，麦克斯韦则认为光是电磁波，麦克斯韦的学说更为本质的揭示了光的本性。
3．培养爱国主义精神
（1）介绍我国古代科学家取得的科技成果，以及对世界文明史的贡献。使学生树立民族自尊心、培养学生爱国主义思想。
我国是四大文明古国之一，在科学领域曾作出国重大贡献。结合物理科理学成就，让学生感受到，我国古代的物理学的成就对世界文化科学的发展产生了相当深远的影响，还有许多实验和论断可以看作是近代物理学诞生的先导。例如，战国时期的《墨经》、春秋末期的《考工记》、王充的《论衡》、明末清初的宋应星的《天工开物》、北宋沈括的《梦溪笔谈》等等典籍中就记载着有关力学、热学、光学、电磁学等物理学成就，这些成就在当时都是走在世界文化的前列。有些实验，如墨家的“小孔成像”、沈括的“测定焦点”等，其方法之巧妙、规模之大，在科学史上都是罕见的。这如著名科学家李约瑟指出的“中国不仅在科学方面，还在技术方面，从公元3世纪到13世纪之间均保持一个西方望尘莫及的科学知识水平。”通过这些事例，使学生具体体会中华民族是具有优秀遗产的民族，中华民族对世界文化，包括物理科学在内，都做出了重大贡献，从而树立学生的民族自豪感。
(2)介绍我国现代在物理学,科学技术方面的成就弘扬中华民族的创造精神,增强学生的民族自信心.
结合物理教学,介绍我国当代在物理学领域研究的新进展,介绍我国在尖端技术方面的发展速度是世界任何资本主义国家所不可比拟的,并在许多领域进入世界先进水平.在理论方面,我国有一支强大的科研队伍正在进行多种最前言课题的研究,一些大型工程具有世界先进水平。例如我国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家，是“一箭多星”的四强之一，运载火箭早已进入世界航天市场，有超导材料`纳米材料，大型电子对撞机等方面居世界领先地位。结合物理教学，介绍我国物理学家叶企孙测得普朗克常数，吴有训用实验证实了康普顿效应。钱三强、何责慧夫妇发现铀三裂变、四裂变，以及李政道、杨振宁、丁肇中等荣获诺贝尔奖等事例说明中国人的聪明才智，弘扬中华民族的创造精神，增强学生的民族自信心。
（3）介绍物理学家热爱祖国的事例，培养学生的爱国主义精神
在我国，特别是在新中国成立后有一大批物理学家为了祖国的发展，人民的幸福，呕心沥血，做出了重大的贡献，在物理教学中结合物理知识，以故事的形式适时地，适当地向学生介绍我国物理学家热爱祖国的动人故事。如我国两弹元勋邓稼先，为了祖国和人民毅然放弃在美国的优厚条件，怀着满腔爱国热情和报国志向回国，为我国的原子弹、氢弹的制造成功和核事业的发展做出了重大的贡献；还有我国著名的物理学家钱学森得知新中国成立的消息后，不顾美国方面重重阻挠，努力了五年，历尽千辛万苦回到祖国，用自己的知识报效祖国，为我国的火箭技术，卫星成功发射做出了重大的贡献；科学家王淦昌也是为了祖国的核事业，放弃了在柏林的优越条件回到祖国，他说：“科学虽然没有国界，但科学家是有祖国的，我是中国人，我应该回到中国去！”……这些典型的事例都可以震撼学生的心灵，陶冶道德情操，培养爱国主义精神。
4、培养实事求是的科学态度、克服困难、积极探索的进取精神和团结协作精神
（1）培养追求真理，献身科学的精神
对真理的执著追求是科学家成功的重要因素。在物理学史中有许多科学家为了真理献身的动人事迹，如著名的物理学家伽利略在同胞布鲁诺因宣传歌白尼的“日心说”而受到到教会的残害后，毅然公开表明了自己支持“日心说”的观点，特别是他因此被软禁后，仍坚持进行力学的研究并且完成了著名的〈〈两门科学〉〉一书，为以后的力学发展奠定了基础。18世纪，人们为了弄清雷电的成因而大胆“窥探”天公的秘密，勇敢的科学家们以大无畏精神面对死神的威胁，进行了动人心魄的大胆实验,美国物理学家富兰克林是幸运的，而俄国的物理学家利赫曼则为此献出了宝贵的身命。居里夫人为了研究放射性作出了巨大的牺牲，最终因患恶性障碍性贫血白血病逝世。意大利物理学家费曼参加世界上第一颗原子弹试验时为了测量原子弹爆炸的能量竟然在工蘑菇状烟云升起时，跑到掩体外测量气流速。正如爱因斯坦所说：“科学是一个殿堂，进入它的人不是为了赚钱，不是为了显示其特殊才能，而纯粹是为了服务，纯粹地为了科学本身。从事科研是一件很奇妙的事情，如果一个人不是为了谋生才不得不去从事他。一个人应该从事他肯定能胜任的工作去挣生活所需。只有当我们不是不得不对任何人负责时，我们才能发现献身科学的乐趣。”在物理教学中教师适时介绍这些科学家不惜生命，不怕权威，不畏艰险，追求真理的高尚品质，有利于培养学生献身科学的探索精神。
（2）培养严谨求实的作风，实事求实的科学态度
科学是一种实实在在的学问，它需要科学家具有严谨的作风和求真务实的态度，而这，也正是每一个成功物理学家的共同之处。物理学家正是靠这种精神对实验现象进行细致的观察和思考，才不断地有所发现和创新。德国物理学家伦琴就是在研究阴极射线时，仔细观察到能使包在黑纸里的照相底片感光的现象而发现了x射线；英国的布拉凯特为了弄清a粒子轰击氮核产生质子的过程，在充氮的云室里拍了两万多张云室照片终于在四十多万条a粒子径迹的照片中发现了八条发生了分叉，英国物理学家法拉第为了弄清磁与电的关系，整整研究了不起10年，做了无数的实验，最后终于发现了电磁感应定律。在教学过程中要引导学生了解物理学家所具有的优秀品质和所持的科学态度，要求学生学习科学家的这种定精神，以培养学生在科学研究过程中严谨求实的作风和实事求是的态度。
（3）培养团结协作精神
科技人员除了个人的努力钻研与具有开拓精神外还要具有真诚、开朗的性格以及善于与人合作共事的精神。物理学中许多重大成就，是不少科学家之间相互协作和相互帮助共同取得的。如法拉第专于实验研究，而麦克斯擅长理论概括。麦克斯韦在法拉第电磁感应定律基础上，运用高超的数学技能建立了完整的电磁场理论。伟大的科学家爱因斯坦称他俩是志同道合的一对。能量守恒原理的发现是几个国家十几名科学家长期工作的结果，其中英国的焦耳，德国的迈尔和亥姆霍兹的贡献最为突出。他们的成绩凝聚着广大科技工作者的集体智慧和血汗，正像英国物理学家卢瑟福所说：“科学家不是依赖于个人的思想，而是综合了数以万计人们的智慧……”在物理教学中，教育学生学会与人相处，学会互相帮助。
5、培养质疑精神和提出问题的能力
爱因斯坦在《论教育》中说：“发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首尾。”
独立思考和独立判断的一般能力，首先表现在怀疑和判断的精神。科学史上大量事例表明，不囿于传统理论和观念，不迷信权威和书本，是科学创造精神的前提，众所周知，在爱因斯坦之前，洛仑兹和彭加勒已经走到了相对论的大门口，只是由于未能摆脱绝对时空的束缚，才没有最终迈入相对论的门槛。正是由于爱因斯坦抛开了“绝对运动”和“静止以太”的观念并深刻地审察了“同时性”概念的物理学根据，才创建了狭义相对论，引起了人类时空观的巨大变革。同样，1956年当精确的实验结果把“1-0疑难”尖锐地摆到物理学家们面前时，正是李政道和杨振宁敏锐地审察了从未被人怀疑过的宇称定律的适用范围，大胆提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，从而导致了物理学理论的一个突破性的进展。物理学中几乎每一个重大发现都表明，创造性思维活动起始于对困难或问题的认识，是围绕着解决问题展开的，批判的头脑，质疑的精神，是打开科学大门的钥匙。所以物理老师在教学的同时，适时的向学生介绍一些物理学史，用物理学史中的精彩事例来培养学生独立思考的能力，提高善于提出科学问题的灵性和智慧，使他们的思想沉浸在好奇之中，永远不闭塞怀疑的目光。
6、培养学生鉴赏美的能力
自然界中，归纳起来“美”有三种形式：自然美、艺术美和科学美。物理学体现出科学美的多种特征，物理世界是形式美与科学美的统一。物理概念和物理规律不但给人以圆满、协调、自洽等逻辑美的感受，而且具有对称、和谐、多样统一等形式美的特点。物理教师可以通过讲的过程中对美的热烈追求来培养学生的审美意识。如引入：法拉弟深信电对磁的对称性（既然电能生磁，那么磁也能生电），他坚信这一美学的特征，历经十年的不懈努力，终于发现了电磁感应现象。麦克斯韦电磁理论中“位移电流”的引入，与他确信物理规律的对称、和谐、统一的美学特征是分不开的。爱因斯坦基于对宇宙的和谐性、简洁性和统一的科学科学美的理解，创建了相对论，并开创了大统一场论研究的新纪元。海森堡在回忆他创立矩阵力学时写道：“……通过物理现象的表面，我窥测到一个异常美丽的内部。当想到现在必探明自然界如此慷慨地展示在我面前的数学结构的这一宝藏时，我几乎眩晕了。”这些事例都告诉我们，对物理世界的审美活动，往往导致物理学的新的发现和新的发展。正如海森堡所说的那样：“美对于发现真的意义，在一切时代都得到承认和重视。”
综上所述，物理教师在向学生讲授书本中的物理知识的同时，适时地给学生介绍一些物理学史，对培养学生的科技意识，激发学生的学习兴趣；树立辩证唯物主义观点；培养爱国主义精神；培养追求真理，献身科学的精神；培养严谨求实的作风，实事求是的科学态度；培养团结协作精神；培养质疑精神以及对培养学生的鉴赏美和创造出美等方面都有很大的帮助，是素质教育的好内容，物理教师在教学过程中适时的，适当地引入物理学史将会得到更好的效果。

参考文献：
[1]王道俊，王汉谰，教育学[M]。人民教育出版社，1989。
[2]束炳如，倪汉彬，物理学传[M]。湖南：湖南教育出版社，1985。
[3]殷传宗，查有梁，廖伯琴，物理教育学研究[M]。四川：四川科学出版社，1996。
[4]杨建邺，止戈，杰出物理学家的失误[M]。武汉：华中师范大学出版社，1986。
[5]祁关泉，龚文明，胡敦，王平，徐组琼，文康，毛珉译，物理学史[M]。上海：上海教育出版社